Introdução ao Controlo
Numérico Computorizado – II
Referenciais e Trajectórias
João Manuel R. S. Tavares
Joaquim Oliveira Fonseca
Eixos de coordenadas em CN
Introdução
As ferramentas de uma máquina CNC podem realizar certos movimentos
conforme o tipo de máquina.
Num torno, estes movimentos compõem-se em movimento (paralelo à
árvore) longitudinal (Z) e movimento transversal (X – raio/diâmetro).
Numa fresadora, existe outro movimento adicionado a esses movimentos
fundamentais, chamado movimento transversal secundário (Y).
Para controlar a ferramenta de forma precisa durante estes movimentos,
todos os pontos dentro da área de trabalho da máquina devem permitir
uma definição clara e universalmente compreensível.
Os sistemas de coordenadas usam-se com este propósito,
proporcionando uma referenciação ao programador durante o
desenvolvimento dos seus programas.
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Eixos de coordenadas em CN
Introdução
Mov. vertical
Mov. transversal
Movimento longitudinal
Mov. logitudinal
Movimento
transversal
Movimentos associados ao
torneamento.
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Movimentos associados à
fresagem.
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Eixos de coordenadas em CN
Sistemas de coordenadas de dois eixos
Um sistema de coordenadas com dois eixos permite uma
descrição/definição precisa de todos os pontos (vértices,
centros de círculos, etc.) no desenho de uma peça nesse plano.
Normalmente, a geometria de uma peça descreve-se de
maneira precisa mediante o seu desenho e as suas dimensões.
Se localizarmos a peça de forma criteriosa,
num sistema de coordenadas, a forma da
peça fica descrita determinando a posição
dos pontos em que há alteração da
trajetória.
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Eixos de coordenadas em CN
Sistemas de coordenadas de três eixos
Para ser possível representar “peças 3-D” é
necessário um sistema de coordenadas com três
eixos.
Os eixos de coordenadas são
designados pela “regra da mão
direita” (referencial direto).
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Eixos de coordenadas em CN
Sistema de coordenadas máquina
A maquinagem de uma peça mediante um programa de CN
requer a aplicação de um sistema de coordenadas à máquina
ferramenta.
Quando se programa, deve-se assumir que a peça está
estacionária e que a ferramenta se move no sistema de
coordenadas. Tal possibilita que o controlo da ferramenta de
trabalho seja claro e universalmente aceite, fixando as
coordenadas correspondentes.
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Eixos de coordenadas em CN
Ângulo de rotação e coordenadas polares
Algumas operações de maquinagem requerem a programação
de ângulos de rotação sobre um ou vários eixos coordenados.
A rotação sobre os eixos de coordenadas identifica-se pelos
ângulos de rotação de endereço A, B e C.
A direção de rotação será negativa (-) quando a rotação é no
sentido horário, observada do lado
positivo do eixo que não está no plano
de interpolação (ou aplicar a regra da
mão direita).
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Eixos de coordenadas em CN
Ângulo de rotação e coordenadas polares
Os ângulos de rotação podem ser utilizados, por
exemplo, para programar em coordenadas polares.
Os ângulos das coordenadas polares identificam-se
por A, B e C; esta designação deriva da “regra da
mão direita”.
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Eixos de coordenadas em CN
Pontos significativos na programação de CN
Nas máquinas-ferramenta CNC, as trajetórias estão
controladas mediante sistemas de coordenadas. As
posições precisas das ferramentas e das peças,
dentro da máquina-ferramenta, estabelecem-se a
partir dos pontos de origem (máquina/peça).
Além destas origens de coordenadas, as máquinasferramenta CNC dispõem de um certo número de
pontos de referência de tal forma que possibilitam o
funcionamento e a programação dos movimentos
entre todos eles.
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Eixos de coordenadas em CN
Pontos significativos na programação de CN
Pontos de origem: Origem da Máquina – M; Origem da peça – W.
Pontos de referência: Ponto de Referência da máquina – R; Pontos
de referência da ferramenta – E e N.
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Eixos de coordenadas em CN
Origem máquina
O ponto zero da máquina M está estabelecido pelo fabricante
da mesma. É a origem do sistema de coordenadas da
máquina e é o ponto de início para todos os outros sistemas
de coordenadas e pontos de referência da máquina.
Posição da origem máquina em tornos de CN (neste
caso, o Z = 0 coincide com um ponto da bucha).
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Eixos de coordenadas em CN
Origem máquina
origem
máquina
FRESADORA
TORNO VERTICAL
FRESADORA
A posição da origem em máquinas de CN varia de
fabricante para fabricante e do tipo de máquina.
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Eixos de coordenadas em CN
Pontos de referência
O ponto de referência de máquina R, serve para calibrar e para
controlar o sistema de medição dos deslocamentos das mesas/carros e
os cursos das ferramentas.
A posição do ponto de referência R está predeterminada, com precisão, em
cada um dos eixos de deslocamento. Desta forma, as coordenadas deste
ponto de referência são sempre as mesmas e o seu valor numérico,
relativamente ao zero máquina é, também, conhecido com precisão.
Importante: Depois de inicializar o sistema de controlo é sempre
necessário levar a máquina ao ponto de referência R, em todos os seus
eixos, com o intuito de calibrar o sistema de medição dos deslocamentos.
Se os dados de posição das mesas/carros e das ferramentas são perdidos,
por exemplo, devido a uma falha elétrica, a máquina-ferramenta tem que
voltar a posicionar-se neste ponto de referência para voltar a estabelecer
os valores corretos da posição.
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Eixos de coordenadas em CN
Pontos de referência (exemplos)
Z
Ponto de
referência R
Y
X
Ponto de
referência R
Ponto de referência num torno.
Ponto de referência numa fresadora.
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Eixos de coordenadas em CN
Origem peça
O ponto de origem peça
W, determina a posição do
sistema de coordenadas
da peça em relação à
origem máquina.
A origem de coordenadas
da peça é escolhido pelo
operador e introduz-se no
sistema CNC na fase de
preparação da máquina
para o trabalho.
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origem peça
origem peça
Torno
Torno
Fresadora
origem peça
origem máquina
Exemplo da origem peça para torno e
para fresadora.
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Eixos de coordenadas em CN
Origem peça
A posição do zero peça pode ser livremente escolhida
pelo programador dentro do espaço de trabalho da
máquina. Não obstante, é conveniente situá-lo de forma
que as dimensões da peça (por exemplo, do desenho)
possam ser facilmente transformadas em valores das
coordenadas na máquina.
Por vezes, o zero peça também é designado por ponto
zero de programação.
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Eixos de coordenadas em CN
Dimensões da ferramenta/porta-ferramenta
Ao maquinar uma peça, é essencial poder controlar de forma
precisa o ponto de ferramenta ou os fios de
corte da mesma em relação aos contornos da
peça durante as passagens da maquinagem.
Árvore
Dado que as ferramentas têm diferentes formas e dimensões,
as
dimensões precisas da ferramenta têm que
ser estabelecidas antes de se realizar a
maquinagem e introduzidas no sistema de
controlo.
Nota: Os pontos de referência das
ferramentas são importantes para o seu
posicionamento (coordenadas). A
informação/dados da ferramenta têm que ser
introduzidos na memória do controlador antes
de serem operadas.
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Eixos de coordenadas em CN
Deslocamentos
Para as operações de maquinagem que se efetuam nas peças,
as ferramentas têm que percorrer, de forma precisa, as trajetórias
correspondentes a cada tipo de operação. As trajetórias
possíveis da ferramenta, dependem de cada tipo de máquina e
das capacidades dos sistemas de controlo.
O tipo de máquina fixa os possíveis tipos deslocamentos ao
longo dos eixos.
O tipo de configuração do controlo, por exemplo, controla
deslocamentos retos, contornos 2D, etc., determina como pode
coordenar-se os deslocamentos entre os eixos.
É esta “coordenação”, que permite controlar os movimentos da
ferramenta pelo sistema de controlo com a ajuda de cálculos
internos, conhecida por “interpolação”.
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Eixos de coordenadas em CN
Deslocamentos
Interpolação
circular
Interpolação
linear
Movimento
a um eixo
Exemplos de deslocamentos
da ferramenta.
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Eixos de coordenadas em CN
Deslocamentos lineares
Quando a ferramenta se desloca desde um ponto
inicial (atual) até um ponto objetivo ou destino
dado e, este deslocamento se realiza ao longo de
uma reta, tem-se uma interpolação linear.
No caso de sistemas de controlo de 2 eixos, isto
implica que as velocidades em cada um
dos eixos, operem de forma sincronizada,
para se obter uma trajetória reta da
ferramenta.
Ponto destino
Ponto inicial
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Eixos de coordenadas em CN
Deslocamentos lineares
Para sistemas de controlo de 3 eixos existem duas
possibilidades diferentes:

Programação de retas em um ou vários planos fixos:
Neste caso, a ferramenta desloca-se numa única direção
axial (normalmente eixo de rotação de corte) e nos outros
dois eixos tem lugar a interpolação linear.
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Eixos de coordenadas em CN
Deslocamentos lineares

Programação de retas arbitrárias no “espaço”: A
ferramenta pode ser deslocada ao longo de uma reta até
qualquer ponto no espaço em que a interpolação linear
dá-se nos três eixos em simultâneo.
Em certos controladores a interpolação linear
apenas é possível à velocidade de trabalho
ou avanço.
O movimento rápido utiliza-se apenas para
alcançar posições, começando por se deslocar
todos os eixos à velocidade máxima até se
obter cada uma das suas coordenadas (sequencial parcial).
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Eixos de coordenadas em CN
Deslocamentos circulares
Se a ferramenta se desloca de um ponto inicial até um ponto
final dado, mediante uma trajetória circular, está-se perante o
que se designa por interpolação circular.
Os arcos de circunferência podem ser percorridos no sentido
horário ou no sentido anti-horário (retrógrado ou direto).
Se o sistema de controlo tem mais de 2
eixos, é necessária a definição do plano no
qual se descreve o arco de circunferência:
plano XY, YZ ou XZ.
G18
G19
G17
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Eixos de coordenadas em CN
Deslocamentos circulares
Uma vez elegido o plano do arco, a maquinagem pode-se
realizar em várias passagens alterando a profundidade.
Normalmente, não é possível a interpolação circular à
velocidade rápida.
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Eixos de coordenadas em CN
Compensação automática da ferramenta
Até agora falou-se das trajetórias das ferramentas sem
mencionar as dimensões das mesmas, quando estas afetam
o contorno.
Compensação do raio da ferramenta
Para assegurar que o contorno é garantido, o centro da fresa
deve-se deslocar deste,
ao longo de uma “trajetória
equidistante”: segue o
contorno a uma distância
uniforme que depende do
raio da ferramenta.
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Eixos de coordenadas em CN
Compensação da ferramenta
Na maioria dos sistemas CNC modernos, a trajetória
equidistante calcula-se automaticamente mediante a
compensação do raio da ferramenta. Esta
compensação requer a entrada no programa de CN dos
seguintes dados:


A dimensão do raio da fresa;
De que lado (G42 - à direita ou G41 - à esquerda)
do contorno final programado se situa a ferramenta.
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Eixos de coordenadas em CN
Compensação da ferramenta
G41
G42
G40 – anula correcção
No torneamento, o raio da fresa é substituído pelo raio da
ponta radial da pastilha da ferramenta de tornear.
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Eixos de coordenadas em CN
Compensação da ferramenta
Durante a programação do contorno do torneamento assumese que a ponta da ferramenta é um ponto agudo em
contacto com a peça.
Na realidade, a ponta da ferramenta está arredondada e, o
controlador deve compensar o espaço entre a ponta teórica da
ferramenta e o fio cortante da mesma, calculando a trajetória
equidistante apropriada.
Para assegurar que esta trajetória equidistante é sempre
definida do lado correto do contorno é necessário introduzir no
controlador o “quadrante” correto. Tal informação determina a
direção pela qual a ponta da ferramenta segue o contorno.
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Eixos de coordenadas em CN
Compensação da ferramenta
Alteração da forma
na inclinação
Efeito da ponta redonda da ferramenta nos
quadrantes de torneamento.
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Eixos de coordenadas em CN
Coordenadas absolutas e incrementais
A informação dimensional no plano da peça pode basicamente
estabelecer-se no sistema de cotagem absoluto ou incremental.
Os dados na cotagem absoluta fazem sempre referência a um
ponto de referência fixo no plano. As cotas absolutas também são
designadas por “cotas de referência” – G90.
Ao usar cotas incrementais, cada medida faz referência à posição
anterior; as cotas incrementais são distâncias entre pontos
adjacentes. Estas distâncias convertem-se em coordenadas
incrementais ao tomar as coordenadas do último ponto como a
origem de coordenadas para o ponto seguinte. As cotas
incrementais também se designam por “cotas relativas” ou por
“cotas em cadeia/série” – G91.
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Eixos de coordenadas em CN
Eleição da origem peça
O ponto zero peça é o ponto no qual
se localiza a origem de coordenadas
durante a programação.
Fundamentalmente, este ponto pode
definir-se livremente, apesar de que,
por razões práticas, deverá coincidir
com o ponto de referência para as
cotas absolutas ou com o ponto
inicial para as cotas incrementais.
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Eixos de coordenadas em CN
Eleição da origem peça
O programador deverá considerar os planos da peça de forma
que se simplifique a conversão de cotas em coordenadas.
Dever-se-á prestar especial atenção ao tipo de cotagem, e à
correspondente definição do zero peça, de forma a causar a
mínima necessidade de cálculos. Frequentemente a
conversão de cotas em coordenadas provoca erros de
programação.
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Eixos de coordenadas em CN
Definição de retas e círculos
Para programar um elemento de contorno linear é
suficiente estabelecer o ponto final do deslocamento (o
ponto inicial é a posição da ferramenta no momento).
O ponto final pode-se estabelecer em dimensões
absolutas ou incrementais, e em certos controladores
também mediante o
estabelecimento do
ângulo da reta e de
uma coordenada.
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Eixos de coordenadas em CN
Definição de retas e círculos
Existem duas possibilidades de programação de
arcos de circunferência:


Programação do raio: além do ponto final, esta
opção apenas requer a entrada do raio. O
controlador calcula o centro da circunferência de
forma que o arco se situa entre os pontos inicial
e final (o raio pode ser + ou - [>180º]),
Programação do centro da circunferência:
Além do ponto final, devem ser definidas as
coordenadas do centro da circunferência. O
controlador calcula o raio.
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Raio
Centro
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